DE3409615C2 - - Google Patents
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-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C1/00—Making non-ferrous alloys
- C22C1/02—Making non-ferrous alloys by melting
- C22C1/03—Making non-ferrous alloys by melting using master alloys
Description
Die Erfindung bezieht sich allgemein auf die Verwendung einer Legierung als Vorlegierung für die Herstellung einer Titanlegierung,
die neben Titan die Legierungselemente Sn, Zr, Mo und
Al enthält.
Insbesondere handelt es
sich um Titanlegierungen der Zusammensetzung Ti-6 Al-2 Sn-4 Zr-6 Mo
(vgl. AMS 4975B, 1968, und AMS 4976A, 1968). Solche Titanlegierungen
werden insbesondere in der Luftfahrt und in der Raumfahrt eingesetzt.
Für viele Anwendungsfälle werden an diese Titanlegierungen
extreme Anforderungen in bezug auf das Verhältnis der Legierungselemente
und in bezug auf die Reinheit gestellt.
Für die Herstellung von Titanlegierungen der beschriebenen Zusammensetzung
wird im allgemeinen Titanschwamm mit einer Zweistoff-Vorlegierung
auf Basis von z. B. Al und Mo sowie mit metallischen
Komponenten, wie Zr als Zr-Schwamm und Sn gemischt. Die Mischung
wird zu Abschmelzelektroden verarbeitet, die im Vakuum-Lichtbogenofen
zu Ingots abgeschmolzen werden. Wiederholtes Umschmelzen ist
erforderlich, um ausreichende Homogenität der Titanlegierung zu
erreichen (Metall 36, 1982, S. 659 ff.). Allerdings sind für die Herstellung
von Titanlegierungen auch Vorlegierungen bekannt, die
neben Al die Elemente Zr, Mo, Ti und im Rest übliche Beimengungen
enthalten. Diese bekannten Vorlegierungen decken aber nicht den
gesamten Bedarf der Titanlegierungen an Legierungselementen. Es
müssen also zur Herstellung der Titanlegierung weitere Elemente zulegiert
werden. Auch stehen die Legierungselemente in der Vorlegierung
nicht in dem Gewichtsverhältnis der Legierungselemente in der herzustellenden Titanlegierung.
Die Herstellung erfolgt aluminothermisch (DE-OS 28 21 406). Für alle
bekannten Maßnahmen gilt, daß die fertige Titanlegierung häufig
in bezug auf das Verhältnis der Legierungselemente und in bezug
auf die Reinheit nicht den Anforderungen genügt. Insbesondere stellt
man störend hohe Nitrideinschlüsse fest. Beim Zulegieren von weiteren,
durch die Vorlegierung nicht gedeckten Legierungselementen wird
außerdem häufig Sauerstoff in die Titanlegierung eingeschleppt, was
unmittelbar oder wegen der Bildung von Oxideinschlüssen stört.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, anzugeben, wie Titanlegierungen
der angegebenen Richtanalysen und andere mit sehr
genauem Verhältnis der Legierungselemente und mit extrem geringem
Gehalt an Verunreinigungen hergestellt werden können. Insbesondere
sollen störende Nitrideinschlüsse sowie ein zu hoher Sauerstoffgehalt
vermieden werden.
Zur Lösung dieser Aufgabe lehrt die Erfindung die Verwendung einer
Legierung der Richtanalyse
Sn 10 bis 12 Gew.-%,
Zr 21 bis 23 Gew.-%,
Mo 32 bis 34 Gew.-%,
Al,
Rest unvermeidbare Beimengungen weniger als 0,5 Gew.-% in der Summe,
Zr 21 bis 23 Gew.-%,
Mo 32 bis 34 Gew.-%,
Al,
Rest unvermeidbare Beimengungen weniger als 0,5 Gew.-% in der Summe,
als Vorlegierung für die Herstellung einer Titanlegierung, welche
die Legierungselemente Al, Sn, Zr, Mo enthält, im Vakuum-Lichtbogenofen
mit Hilfe von aus der Vorlegierung aufgebauten Abschmelzelektroden,
- mit der Maßgabe, daß alle Legierungselemente der
Titanlegierung, bis auf das Titan, in der Vorlegierung in der Menge
enthalten sind, die dem Verhältnis der Gewichtsprozente der Legierungselemente
in der hergestellten Titanlegierung entspricht. Der
Aluminiumgehalt liegt, unter Berücksichtigung der Beimengungen, so,
daß die angegebenen Gewichtsprozente sich zu 100% ergänzen. Es
versteht sich, daß bei der Verwendung der Vorlegierung nach der
Lehre der Erfindung die üblichen Mischungsregeln beachtet werden.
Es versteht sich fernerhin, daß im Rahmen der Erfindung zuweilen
geringe Korrekturzugaben von Legierungselementen zur Titanlegierung
erfolgen können, was jedoch das Ergebnis nicht beeinflußt.
Ohne Schwierigkeiten läßt sich erreichen, daß die Menge der Elemente in der
Vorlegierung (einschließlich des Al) so eingestellt wird, daß die
Vorlegierung einen Schmelzpunkt aufweist, der unter dem des Titans
liegt. Das erleichtert die Zulegierung der aus der Vorlegierung
stammenden Elemente in dem Vakuum-Lichtbogenofen und führt zu
einem sehr homogenen Produkt. Von Vorteil ist in diesem Zusammenhang
auch, daß die Vorlegierung homogene Zusammensetzung und
überall gleiche Körnung aufweist. Der Schmelzpunkt der genannten
Vorlegierungen liegt zwischen 1400 bis 1450°C.
Um eine Titanlegierung mit besonders niedrigen Gasgehalten herzustellen,
wird zweckmäßigerweise mit einer Vorlegierung gearbeitet,
die ihrerseits niedrigste Gasgehalte von z. B. 0,001 bis 0,005% N
und 0,04 bis 0,06% O aufweist und auf besondere Weise hergestellt
ist. Dazu lehrt die Erfindung, daß die Vorlegierung in einem zweistufigen
Verfahren hergestellt worden ist, wobei in der ersten Stufe
eine Zwischenlegierung aus Mo und Al aus den Ausgangsstoffen
aluminothermisch hergestellt wird, Al-Gehalt zumindest 15%, und
wobei die Zwischenlegierung sowie die weiteren Elemente der Vorlegierung,
ggf. einschließlich des weiteren Gehaltes an Al, in einem
Vakuuminduktionsofen eingebracht und daraus die Vorlegierung
erschmolzen, entgast und von Aluminiumoxideinschlüssen befreit wurde.
Zweckmäßigerweise wird die Vorlegierung in einem Al₂O₃/MgO/Spinell-
Tiegel erschmolzen und nach der Entgasung bei induktionsbedingter
Badbewegung und einer Schmelztemperatur von etwa 1400°C bis zur
Abscheidung der Aluminiumoxideinschlüsse flüssig gehalten.
Die erreichten Vorteile sind darin zu sehen, daß bei Verwendung
der angegebenen Vorlegierung unter Beachtung der spezifischen Maßgaben
überraschenderweise Titanlegierungen entstehen, in denen
die Legierungselemente mit sehr genauen Verhältnissen vorliegen und
die sich durch extrem geringen Gehalt an Verunreinigungen auszeichnen,
die insbesondere störende Nitridgehalte nicht mehr aufweisen.
In einem Vakuuminduktionsofen werden eingesetzt:
12,38 kg MoAl|72,22% Mo | |
5,40 kg Al-Granalien | 99,7% Al |
2,89 kg Sn-Metall | 99,9% Sn |
5,83 kg Zr-Metall | 99,0% Zr. |
Die Einsatzstoffe werden eingeschmolzen, entgast und unter Argon-
Schutzgas für 1/2 Std. flüssig gehalten. Dabei wird eine Temperatur
im flüssigen Bad von 1450°C eingestellt. Abgegossen wird bei
1450°C unter Argon-Schutzgas. Die Abkühlung erfolgt über 2 Std.
bei 0,25 bar Argon.
Ausgebracht werden:
25,0 kg Al-Sn-Zr-Mo 6-2-4-6
25,0 kg Al-Sn-Zr-Mo 6-2-4-6
mit 32,3% Al|0,008% C | |
11,1% Sn | 0,003% B |
22,5% Zr | 0,002% W |
33,7% Mo | 0,002% Pb |
0,11% Fe | 0,06% O |
0,04% Si | 0,001% N |
Mit Hilfe von aus diesen Vorlegierungen aufgebauten Abschmelzelektroden
konnten im Vakuum-Lichtbogenofen die eingangs angegebenen
Titanlegierungen nach AMS 4975B (1968) bzw. nach AMS 4976A
(1968) mit extrem hohem Reinheitsgrad und insbesondere ohne
störenden Sauerstoffgehalt sowie ohne störende Nitrideinschlüsse
erschmolzen werden.
Im einzelnen wurde wie folgt gearbeitet: Zur Herstellung der Vorlegierung
wird in einer ersten Stufe eine MoAl-Legierung durch aluminothermische
Reduktion in speziellen Abbrandgefäßen hergestellt.
Dazu wird reines Molybdän(VI)-Oxid mit mehr als 99,9% Mo03 mit
Aluminium in einem Reinheitsgrad von 99,8% Al innig gemischt und
in einem Abbrandgefäß durch Initialzündung zur Reaktion gebracht.
Die exotherme Reaktion garantiert einwandfreie Trennung von Metall
und Korundschlacke. Auf zusätzliche Flußmittel, um die Viskosität
der Schlacke herabzusetzen, kann verzichtet werden. Dies ist von
Vorteil, da durch die Zugabe von Flußmitteln die Gefahr einer Verunreinigung
der Legierung nicht auszuschließen ist. Neben dem
stöchiometrischen Aluminium-Versatz für die Reduktion wird die
Zugabe eines Überschusses so berechnet, daß eine Legierung mit
72-75% Mo und 25-28% Al resultiert. Die Herstellung dieser
MoAl 75 : 25 Legierung erfolgt in Blockgrößen bis zu 500 kg Metallgewicht.
Die Erschmelzung der Vorlegierung erfolgt dann in einer zweiten Stufe
in einem Vakuuminduktionsofen. Dazu wird das Einsatzmaterial,
bestehend aus einwandfrei sauberem MoAl 75 : 25, Aluminium 99,7% Al,
Zirkonium-Metall, Rein-Zinn und ggf. Chrom-Metall 99,3% Cr aus aluminothermischer
Produktion über Vakuumschleuse in einem Al₂O₃/MgO/
Spinell-Tiegel eingeschmolzen. Nach der Entgasung wird bei 0,125 bar Argon Schutzgasatmosphäre eine zeitlich längere Flüssigkeitsphase gehalten und durch die induktive Badbewegung ein Raffinationseffekt erreicht, der es ermöglicht, Al₂O₃-Einschlüsse der aluminothermischen Vorlegierung zu entfernen. Weiterhin wird durch diese Badbewegung eine optimale Homogenität erreicht. Der gesamte Schmelzvorgang wird exakt kontrolliert und dabei besonders die Schmelztemperatur beachtet, damit die bei der aluminothermischen Reaktion zwangsläufig auftretende Überhitzung vermieden wird. Ein Resuktionsprozeß wird in dieser zweiten Stufe nicht durchgeführt. - Abgegossen wird in Stahlkokillen unter 0,125 bar Argon Schutzgas. Abkühlung der Legierung erfolgt unter 0,25 bar Argon. Die erzeugten Mehrstoff-Vorlegierungen können problemlos zerkleinert und zu Abschmelzelektroden verarbeitet werden.
Spinell-Tiegel eingeschmolzen. Nach der Entgasung wird bei 0,125 bar Argon Schutzgasatmosphäre eine zeitlich längere Flüssigkeitsphase gehalten und durch die induktive Badbewegung ein Raffinationseffekt erreicht, der es ermöglicht, Al₂O₃-Einschlüsse der aluminothermischen Vorlegierung zu entfernen. Weiterhin wird durch diese Badbewegung eine optimale Homogenität erreicht. Der gesamte Schmelzvorgang wird exakt kontrolliert und dabei besonders die Schmelztemperatur beachtet, damit die bei der aluminothermischen Reaktion zwangsläufig auftretende Überhitzung vermieden wird. Ein Resuktionsprozeß wird in dieser zweiten Stufe nicht durchgeführt. - Abgegossen wird in Stahlkokillen unter 0,125 bar Argon Schutzgas. Abkühlung der Legierung erfolgt unter 0,25 bar Argon. Die erzeugten Mehrstoff-Vorlegierungen können problemlos zerkleinert und zu Abschmelzelektroden verarbeitet werden.
Claims (4)
1. Verwendung einer Legierung aus
10 bis 12 Gew.-% Zinn,
21 bis 23 Gew.-% Zirkonium,
32 bis 34 Gew.-% Molybdän und
Aluminium als Rest mit unvermeidbaren Beimengungen von weniger als 0,5 Gew.-% in der Summe,als Vorlegierung für die Herstellung einer Titanlegierung, welche die Legierungselemente Aluminium, Zinn, Molybdän enthält, im Vakuumlichtbogenofen mit Hilfe von aus der Vorlegierung aufgebauten Abschmelzelektroden, - mit der Maßgabe, daß alle Legierungselemente der Titanlegierung, bis auf das Titan, in der Vorlegierung in der Menge enthalten sind, die dem Verhältnis der Gewichtsprozente der Legierungselemente in der herzustellenden Titanlegierung entspricht.
21 bis 23 Gew.-% Zirkonium,
32 bis 34 Gew.-% Molybdän und
Aluminium als Rest mit unvermeidbaren Beimengungen von weniger als 0,5 Gew.-% in der Summe,als Vorlegierung für die Herstellung einer Titanlegierung, welche die Legierungselemente Aluminium, Zinn, Molybdän enthält, im Vakuumlichtbogenofen mit Hilfe von aus der Vorlegierung aufgebauten Abschmelzelektroden, - mit der Maßgabe, daß alle Legierungselemente der Titanlegierung, bis auf das Titan, in der Vorlegierung in der Menge enthalten sind, die dem Verhältnis der Gewichtsprozente der Legierungselemente in der herzustellenden Titanlegierung entspricht.
2. Verwendung nach Anspruch 1 mit der Maßgabe, daß die Menge
der Elemente in der Vorlegierung, einschließlich des Aluminiums
so eingestellt wird, daß die Vorlegierung einen Schmelzpunkt
aufweist, der unter dem von Titan liegt.
3. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 oder 2 mit der Maßgabe,
daß die Vorlegierung in einem zweistufigen Verfahren
hergestellt wird, wobei in der ersten Stufe eine Zwischenlegierung
aus Molybdän und Aluminium aus den Ausgangsstoffen
aluminothermisch hergestellt wird, mit einem Aluminium-Gehalt
von zumindest 15 Gew.-%, und wobei die Zwischenlegierung
sowie die weiteren Elemente der Vorlegierung, ggf. einschließlich
des weiteren Aluminium-Gehaltes der Titanlegierung, in
einen Vakuuminduktionsofen eingebracht werden und daraus die
Vorlegierung erschmolzen, entgast und von Aluminiumoxideinschlüssen
befreit wird.
4. Verwendung nach Anspruch 3 mit der Maßgabe, daß die Vorlegierung
in einem Al₂O₃/MgO/Spinell-Tiegel erschmolzen und
nach der Entgasung bei induktionsbedingter Badbewegung bis
zur Abscheidung der Aluminiumoxideinschlüsse flüssig gehalten
wird.
Priority Applications (4)
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---|---|---|---|
DE19843409615 DE3409615A1 (de) | 1984-03-16 | 1984-03-16 | Vorlegierung fuer die herstellung einer titanlegierung |
US06/621,040 US4585474A (en) | 1984-03-16 | 1984-06-15 | Method of and prealloy for the production of titanium alloys |
GB08506601A GB2155956B (en) | 1984-03-16 | 1985-03-14 | Process and pre-alloy for production of titanium alloy |
JP60050722A JPS60228631A (ja) | 1984-03-16 | 1985-03-15 | チタン合金の製造方法 |
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ID=6230655
Family Applications (1)
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JP (1) | JPS60228631A (de) |
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GB (1) | GB2155956B (de) |
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CN112647003A (zh) * | 2020-12-17 | 2021-04-13 | 河北四通新型金属材料股份有限公司 | 一种航空级钼铝中间合金及其制备方法 |
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- 1984-03-16 DE DE19843409615 patent/DE3409615A1/de active Granted
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1985
- 1985-03-14 GB GB08506601A patent/GB2155956B/en not_active Expired
- 1985-03-15 JP JP60050722A patent/JPS60228631A/ja active Pending
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CN112647003A (zh) * | 2020-12-17 | 2021-04-13 | 河北四通新型金属材料股份有限公司 | 一种航空级钼铝中间合金及其制备方法 |
Also Published As
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US4585474A (en) | 1986-04-29 |
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GB2155956B (en) | 1988-05-05 |
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